Beispiel 3: Torque-Level-Trigger
Für einen Hersteller von Bearbeitungszentren hat Ferrocontrol eine spezifische Torque-Level-Trigger-Funktion entwickelt, die dabei hilft, Fehlbestückung oder Werkzeugbruch zu erkennen. Leerfahrten werden so vermieden und Bearbeitungsdauern gesenkt. Durch die Funktion kann ohne zusätzliche Sensorik oder Messtechnik die Höhe des Werkstücks sehr genau ermittelt und die Eindringtiefe des Werkzeugs gemessen werden. Beim Eintauchen des Fräsers in das Material tritt eine kleine Drehmomentspitze auf, die sich messen lässt. Das damit verbundene elektrische Signal ist allerdings äußerst fein und muss daher aufwendig gefiltert und analysiert werden. Anschließend lässt sich dieses Signal als Triggerimpuls verwenden (Bild 4). Diese Sonderfunktion kann somit vielfältig bei Fräsapplikationen eingesetzt werden.
Beispiel 4: Hochfrequenzspindeln
Klassisch wird eine Werkzeugspindel auf zwei unterschiedliche Arten betrieben: Im Bereich kleiner Drehzahlen (12.000min-1) für Anwendungen wie Fräsen oder Schlichten (Bild 5) meistens gesteuert betrieben wird. Bei der gesteuerten Betriebsart wird nach einer FU-Kennlinie immer so viel Energie in den Motor gespeist, dass das Kippmoment möglichst hoch liegt. Wird dieses Drehmoment am Werkzeug nicht benötigt, so wird der Motor nur unnötig erwärmt und es geht viel Energie ungenutzt verloren. Im geregelten Betrieb wird hingegen nur so viel Energie in den Motor eingespeist, wie tatsächlich am Werkstück benötigt wird. Deshalb ist es sinnvoll, die Werkzeugspindel über den gesamten Drehzahlbereich geregelt zu betreiben. Der Servoregler E°Darc C kann hierzu mit einem Modul für Hochfrequenzspindeln bestückt werden, das zusätzliche Funktionen wie Feldschwächung, Übermodulation und geeignete Beobachterstrukturen für die Flussbestimmung enthält. Es ermöglicht einen geregelten Betrieb von synchronen und asynchronen Spindelmotoren mit bis zu 20.000min-1, sodass der Motor somit möglichst verschleißarm und energieeffizient betrieben werden kann. Auch Lastsprünge durch variierende Werkstückstärken und Vorschübe können mit nur sehr geringen Drehzahlabweichungen ausgeregelt werden. Dadurch lässt sich die Bearbeitungsqualität der Werkstücke erheblich verbessern.
Fazit
Moderne Antriebssysteme müssen hardware- und softwaretechnisch modular und flexibel erweiterbar sein, um den komplexen und sich wandelnden Anforderungen an die Automatisierung von Maschinen gerecht zu werden. Mit dem modular per Steckkarten erweiterbaren Antriebssystem E°Darc C bietet Ferrocontrol seinen Kunden nicht bloß skalierbare Lösungen, sondern entwickelt auch kundenspezifische Funktionen. Möglich wird dies durch ein hochflexibles FPGA-basiertes Systemdesign mit quasi-analoger Regelung. Ferrocontrol verfügt über großes Know-how in der Entwicklung digitaler Regelalgorithmen, die auf FPGAs durch die massive parallele Signalverarbeitung extrem schnell ausgeführt werden. 2006 entwickelte das Unternehmen einen der ersten FPGA-basierten Regler im Markt. Seither wird das System kontinuierlich weiterentwickelt.
